变电站远动装置家族性缺陷分析与处理

李均强,李铁成,李宣义,栗会峰,王献志,王亚军

(1.国网河北省电力有限公司电力科学研究院,河北 石家庄 050021;2.国网河北省电力有限公司,河北 石家庄 050021)

1 概述

远动装置是电力调度自动化系统的关键设备,其稳定可靠运行对于电网调度自动化信号准确上送有着极重要作用[1-4]。目前,远动装置厂家、型号较多,软件版本管理无序,易导致家族性缺陷的发生[5]。

家族性缺陷对电网安全运行带来很大的隐患,当故障发生时,必须要采取有效措施避免类似问题重复发生。

2019年,河北省南部电网多个变电站远动装置在省调前置切换通道后不能建立链接,同时面板显示CPU使用率99%,重启远动装置后通道切换正常,运行一段时间(2～3个月)后相同问题会再次发生。经查,这些变电站均采用同一型号的远动装置,并采用同一软件版本,此次缺陷认定为家族性缺陷。

2 家族性缺陷处理流程

针对缺陷开展分析定位,首先靶向搭建离线测试环境,在测试环境中对家族性缺陷现象进行复现,然后根据缺陷测试进一步分析,提出程序修改意见。完成新软件版本开发后对新软件版本进行离线测试,若新版本测试不合格,需进一步分析原因,对程序进一步优化,直到问题解决。新程序经离线测试合格后,选取1～2个变电站进行试运行。经试一段时间试运行无问题,在管辖区域内相同型号设备进行推广,流程示意见图1。

3 缺陷原因分析

3.1 缺陷分析定位

经分析,远动装置程序中建立104规约通道链接的线程中,存在一个线程锁的解锁机制,而对应的上锁操作在104规约主线程中,该线程锁操作机制不够完善。远动机在多次切换通道后,有一定机率出现线程死锁并无法继续进行报文通信,同时CPU利用率达到99%的问题。

图1 家族性缺陷处理流程示意

3.2 模拟测试环境搭建

对本次家族性缺陷搭建模拟环境,见图2。设置模拟主站地址为172.20.40.1～172.20.40.8(A电脑)、172.20.50.1～172.20.50.8(B电脑),配置上把172.20.40.N与172.20.50.N的地址设为主备配置,例如把172.20.40.1与172.20.50.1作为主备配置,设置远动装置通信地址为172.20.70.2。

图2 模拟测试环境架构示意

3.3 缺陷复现

在模拟测试环境下,对存在家族性缺陷的原始程序进行测试,实现缺陷的复现。

3.3.1 多主站IP地址单主模式下的104断链性能测试(单电脑模拟)

测试步骤为:电脑A绑定172.20.50.1～8的8个地址;启动104主站模拟软件;顺序或随机启动模拟主站软件配置的8路地址的104链接;顺序或随机断开模拟主站软件配置的8路地址的104链接;快速重复启动、停止100次。

表1为选取的2019年12月15日启、停2路(172.20.50.1～2)104链接部分日志情况。

表1 启、停104链接部分日志

测试结论:远动装置的104程序能正确链接或断开。

3.3.2 多主站IP地址主备模式下的104链接原理测试(双电脑模拟)

测试步骤为:电脑A绑定172.20.50.1～8的8个地址并启动104主站模拟工具;电脑B绑定172.20.40.1～8的8个地址并启动104主站模拟工具;启动电脑A/B的模拟主站配置的1～8路地址的104链接;启动电脑B/A的模拟主站配置的对应1～8路备用地址的104链接。

测试结论:远动装置无法同时链接互为主备的主站IP(例如172.20.40.1与172.20.50.1),先与远动装置建立链路的会被后启动链接的链路代替,也就是互为主备的主站IP,永远一路运行一路备用。

3.3.3 多主站IP地址主备模式下的104通道切换测试(双电脑模拟)

a.启动电脑A/B的模拟主站软件配置的8路地址的104链接;

b.启动电脑B/A的模拟主站软件配置的8路地址的104链接;

c.循环进行步骤a、b。

测试结论:当循环30余次时出现某几路104通道不再链接情况,异常现象如图3、图4所示,出现问题与故障现场一致,装置CPU使用率99%,异常104通道不再链接,已链接的104通道保持正常。

图3 远动装置资源异常现象

图4 模拟主站104报文异常现象

4 新程序修改建议

优化程序处理机制,把104链接的线程中的线程锁操作机制改成查询方式。

根据程序修改意见,在存在家族性缺陷的原始程序基础上进行完善,保证版本迭代升级,避免处理完此问题,又出现其他问题现象发生,实现软件版本有效管理。

4.1 新软件版本程序测试

a.多主站IP地址单主模式下的104断链性能测试(单电脑模拟),测试方法同缺陷复现,查看远动装置事件得出:远动装置的104程序能正确链接或断开。

b.多主站IP地址主备模式下的104链接原理测试(双电脑模拟),测试方法同缺陷复现,查看远动装置事件得出:远动装置互为主备的主站IP,永远一路运行一路备用,功能正常。

c.多主站IP地址主备模式下的104通道切换测试(双电脑模拟),测试方法同缺陷复现,选取的2019年12月16日104通道切换部分日志情况,通道切换测试日志见表2。

经过几天数千次的切换测试,远动装置无现场的异常现象出现,主备地址可以正常切换,CPU使用率正常。

其他常规功能测试情况见表3。

通过测试,发现远动装置新程序解决了远动装置104通道链接异常问题,且其他功能也满足要求。

表2 通道切换测试日志

表3 远动装置常规功能测试情况

4.2 新软件版本试运行

选择发生缺陷的2个变电站的远动装置进行新版本程序升级。试运行一个月后,各远动装置未发生异常。

5 结束语

远动装置程序升级后,经过多次的切换测试,各个通道地址均可以正常切换,CPU使用率正常,其他功能正常,河北省南部电网共有70个变电站采用此型号远动装置,在新版本程序试运行稳定情况下,可以进行推广,将70个变电站的软件版本都进行更新。

在其他厂站的推广,解决了此次远动装置104通道链接异常家族性缺陷。家族性缺陷给电网安全稳定运行带来很大危害,及时发现并采取有效措施消除家族性缺陷对电网安全稳定运行具有重要意义。